Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
Аналитический расчет адиабатической абсорбции НС11И-114
Состав жидкой и паровой фаз, а также температурный режим на каждой тарелке (сечении колонны) можно определить из постоянства в адиабатических условиях для любого сечения аппарата разности теплосодержаний AQ поднимающихся в колонне паров и нисходящей жидкости. Значение AQ определяется из материального и теплового потоков между (п + 1)-й и п-Й тарелками (счет тарелок снизу вверх):
AQ - Ь -№»)*»+■ (г. - А/ с.) + (гв - А/ сА - ЬЫп+1
Уп — *п+ Ill — Уп J
Здесь At — разность температур между (п + 1)-й и п-Й тарелками;, B — количество воды в получаемой кислоте, кг-мол/ч; у и х— молярные концентрации HCl в газовой и жидкой фазах;
Га — молярная теплота сжижения НС1 (тепло конденсации
И диссоциации), ккал/моль; Гв— молярная теплота конденсации Н50, ккал/моль; Са и св—молярные теплоемкости HCl и Н20, ккал/моль • град.
Пусть, например, производительность абсорбера 365 кг/ч НС1, температура поступающего газа 50°, начальная температура воды 36° и давление в колонне 700 мм рт. ст. При получении 30%-ной кислоты (0,174 мольных долей) температура вытекающей кислоты будет 88,3° (рис. 127), а концентрация НС1 в парах, поднимающихся с первой тарелки, т. е. равновесных с вытекающей жидкостью, у = 0,725 мольных долей. Величина AQ, т. е. разность между теплосодержаниями Q поступающего газа и Q отбираемой кислоты: A Q = Q — Q= 16500- 10 + 7- 10-50 — 88,3(18-47,3 + + 7-10) = 87300 ккал/ч [здесь: 16500 ккал/моль — средняя молярная теплота сжижения (абсорбции) НС1; 10 моль/ч — количество абсорбируемого НС1; 7 ккал/моль — молярная теплоемкость НС1;
18 ккал/моль — молярная теплоемкость воды; 47,3= —
Количество воды в отбираемой кислоте, моль/ч]. Подставляя значение AQ и других известных величин в приведенное выше уравнение, получим при п =• 1, т. е. для первой тарелки:
Это уравнение содержит два неизвестных и T2 и ввиду отсутствия аналитического выражения функции T — F(X) (рис. 127) решается методом подбора. Прих2 «= 0,146 T2 = 101,5 . Первый мно-
47,3 (1 -0,725)0,146 „ житель правой части уравнения о725 — 0 146— =3,29 выражает
Количество воды (моль/ч), уносимой с первой тарелки. Произве-
0 725
I § 90 Й |
О 0,1 0,2 QJ 0,4. 05 0,6 0,7 0JB Мол Допи НС1 |
Рис. 127. Определение состава жидкости и пара в системе НС1—Н20 по диаграмме х, у, T При давлении 700 мм рт. ст. |
ЮО |
80 |
Дение этого множителя на величину }_'q frgs ' т" е" *= FfO
Представляет количество уходящего с 1-й тарелки газообразного хлористого водорода (моль/ч). Следовательно, на 1-й тарелке абсорбируется 10—8,68 = 1,32 моль/ч или 13,2% от поступающего на абсорбцию НС1. По температуре T2 = 101,5° определяем содержание НС1 в парах над второй тарелкой: у2 = 0,41. Далее, аналогично приведенному выше, определяем: /з = 104,3°, Хз = 0,093, у3 = = 0,043, U — 97,7°, х^ = 0,011, t/4 ~ 0. Таким образом, требуется колонна с четырьмя теоретическими тарелками, причем на первой абсорбируется 13,2% от общего количества НС1, на второй — 29,8%, иа третьей — 50% и на четвертой — 7%.
Графический расчет адиабатической абсорбции HCl114-116
Схема диаграммы I, I — х, у, энтальпия — состав, для двухфазной трехкомпонентной системы (поглощаемый компонент, растворитель и инертный газ) изображена иа рис. 128. Диаграмма построена для постоянного приведенного давления
Р0 = Р.-Р°-РА + РВ
Где Р — общее давление;
Р° — давление инертного газа; Ра и давление паров поглощаемого компонента и растворителя.
Линия АВ— энтальпия I жидкости при кипении в зависимости от ее состава х, линия CD —энтальпия / пара состава у при конденсации. Эти линии ограничивают двухфазную область ACDB и пересекающуюся изотермами, например MN. Жидкость состава х В точке М находится в равновесии с паром состава у в точке N.
Рис. 128. Схема диаграммы эн - Рнс. 129. Определение числа тео - тальпия — состав. ретических тарелок на диаграмме Энтальпия — состав. |
Если заданы количества поступающего на абсорбцию газа V (без инертного компонента) и уходящей с абсорбции жидкости Lu А также их составы и температуры, то для определения числа теоретических тарелок противоточного абсорбера при помощи диаграммы I, I — х, у необходимо сначала найти координаты хр и Ip
Точки Р, называемой полюсом: %р*=-j. ip = ~д ■ Здесь разности
A = Vn — Ln В = Vnyn —L„Xn, C=l/„/n — Lnin являются постоянными для любой тарелки (сечения) аппарата, следовательно и для места ввода газа в аппарат, для которого легко определяются их значения, так как все параметры с индексом п = 1 известны.
Через полюс Р и точку начального состояния газа Н(1иу,) Проводят прямую (рис. 129), которая пересекает линию кипения раствора в точке А. Эта точка характеризует состояние жидкости, уходящей с первой (нижней) тарелки. Через точку А проводят изотерму АВ'. Точкой В' определяется состав газа у, уходящего с 1-й тарелки и находящегося в равновесии с жидкостью состава х. Затем из точки В' проводят луч В'Р к полюсу Р, пересекающий линию кипения раствора в точке В. Точка В определяет состояние жидкости Х2, уходящей со 2-й тарелки и равновесной с газом состава г/г- Последний определяется по изотерме ВС'. Из точки С Снова проводят луч к полюсу Р и т. д. Построение продолжают до Тех пор, пока луч, проведенный через полюс, не пройдет через точку N', соответствующую конечному составу газа ук, или через точку N, соответствующую начальному составу поступающей на абсорбцию жидкости хн. Число изотерм между начальной и конечной точками построения диаграммы равно числу теоретических тарелок.
На рис. 130 показано графическое определение числа теоретических тарелок на диаграмме /, £— х, у для абсорбции хлористого водорода при концентрации получаемой соляной кислоты 31% (хк = 0,31), температуре поступающего газа 50°, температуре воды T = 30° и общем давлении 760 мм рт. ст. Построение выполнено для случая, когда абсорбции подвергается чистый НС1, не содержащий инертных газов и водяного пара, т. е. уи= 1, и хлористый водород полностью поглощается, т. е. ук = 0. Так как ун = 1 и лгк = 0,31 известны, то направление первого луча к полюсу определяется при соединении этих точек прямой линией. Кроме того, имеем ук = 0 и Лн = 0, что обусловливает хр = 0. Для определения Ip необходимо продолжить линию уя — до пересечения с осью ординат, это дает значение Ip = —100 ккал/кг. Как видно из построения, требуются четыре теоретические тарелки. На диаграмме видно также распределение температур по тарелкам (снизу вверх): 82, 96, 108,2 И 103,5°. Количество тепла, которое необходимо отвести в дефлегматоре: —Ip — TB = 100 + 30 = 130 ккал на 1 кг добавляемой воды или 130(1 — 0,31) = 90 ккал на 1 кг соляной кислоты.